CN101088206B - 用于永磁电机的转子结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于永磁同步电机的转子，包括被安装在转子本体结构面对气隙(δ)的表面上的磁极结构。每个转子的磁极结构包括至少一个永磁体(6)和安装在所述永磁体顶部上的壳体结构(8)。根据本发明，由磁性复合材料制成的中间层(12)被安装在永磁体(6)与壳体结构(8)之间。

Description

用于永磁电机的转子结构
本发明的目的在于根据权利要求1前续部分所述的用于永磁同步电机的转子。
对于永磁同步电机而言，已经提出了多种用于放置和紧固永磁体的解决方案。永磁体或是被安装在转子表面上或是被安装在转子片叠内形成的开口中。这些转子相应地被叫作表面磁体和嵌入式磁体。表面磁体基本上被装配在转子周边，结果是转子磁极中基本上包括永磁体。嵌入式磁体类似地被装配在转子的圆周方向上或者被装配在导致两个或更多个磁体在其间通过其组合效应而形成转子磁极的位置处。所述永磁体相对于彼此例如可呈V形进行布置。
定位和安放永磁体的意图在于产生适于电机应用的最佳可能的励磁功率和最优化的机械构造。除所产生的总励磁功率之外，为了获得所需效应，励磁功率的高效利用是十分关键的。用于确保进行无故障高效作业的一个非常显著的因素就是电机气隙中所产生的磁通的变化。一般的目的在于产生尽可能呈正弦曲线形状进行变化的气隙磁通。例如在出版物EP0955714中对装配有嵌入式磁体的永磁同步电机进行了描述，其中通过使转子的外周成形具有一定形状，而使气隙磁通呈正弦曲线形状。形成转子的片的外边缘已被切成波浪形状，从而使得与边缘处相比，气隙在磁极中部更窄。
以上工序在具有安装在转子表面上的永磁体的电机中是不可能的，这是因为永磁件构成了最外侧部分。由于材料硬度和特性等原因，因此永磁体的成形较困难且成本较高。另一方面，通常难以采用类似的方式成形出外周边并且将永磁体紧固到成形表面上。
本发明的目的在于制造一种用于永磁同步电机的新型转子，其中在电机气隙中所产生的气隙磁通按照尽可能有利的方式进行分布。为了实现这一点，本发明的特征在于如权利要求1特征部分中所记载的技术特征。在从属权利要求中列出了本发明的一些其它优选实施例所具有的特征。
根据本发明所述的解决方案使得有可能成形出面对气隙的磁极结构表面，即磁极片的外表面，从而使得气隙磁通大体上呈正弦曲线形状，从而导致产生均匀的转矩、最小化的振动和最小化的谐波所致噪音。复合材料的特性使得易于成形出严格符合需要的磁极结构。在生产工艺技术方面，根据本发明所述的解决方案是有利的。所述部件可单独进行生产并且被组装到转子磁极中，而不用不得不抵触转子或转子片叠的实际本体结构。
由粉末金属制成的复合材料可被铸造成所需形状并且受到处理从而实现有利的磁性取向。由于在复合材料中不存在涡流，因此所述解决方案有助于降低铁损。
根据本发明所述的夹层结构防止永磁体例如在发生短路时被退磁。在本发明中提出的解决方案提高了腐蚀防护性能，且在许多应用中，使得紧固永磁体变得更为容易。
根据本发明的另一个优选实施例，难于进行机加工的永磁件可能会具有明显有利于进行生产的直边。
下面，借助一定的实施例并结合附图对本发明进行详细描述，其中：
图1示出了根据本发明所述的磁极的多个部分；和
图2示出了被紧固到转子上的根据本发明所述的磁极。
图1示出了根据本发明所述的电机中的永磁磁极结构2。所述结构中包括永磁体6，所述永磁体的下边缘4贴靠在包括例如由多个片组装而成的片叠的转子本体上。在如图所示的实例中，所述永磁体的下边缘4略微凹入，该形状与电机转子的外周相对应。所述永磁体可包括彼此相邻进行放置且结合在一起包括单个永磁磁极的多个单独的件。沿转子的轴向方向和周向方向可能存在多个永磁件。单个磁极中的永磁件被成形出，从而使得每个件中的N极面对转子本体且S极面对气隙δ(图2)和定子，如图中所示，或者相应地，S极面对转子本体且N极面对气隙和定子。使用合适的粘结剂在其侧面处将磁极内的相邻永磁件胶粘在一起。
中间层12被装配在永磁件的顶部上面。中间层包括磁性复合材料并且采用粉末金属技术进行生产。中间层具有良好的磁导率和较低的铁损。中间层12优选由沿电机的轴向方向彼此平行的多个片形成，从而使得它们易于受到处理。在切线方向上，磁极结构的长度大体上等于磁极的宽度，且面对气隙δ的磁极结构的外表面按照产生所需气隙磁通的方式，也就是尽可能以正弦曲线方式成形。由于中间层12在多个永磁件上面进行延伸，因此中间层还在顶部上将多个永磁件结合在一起。因此，永磁件和中间层12联合包括较强的夹层结构。所述中间层还保护永磁体例如在发生短路时不被退磁。所述中间层优选由例如以SOMALOY
Figure G05844565920070627D000031
的商品名进行销售的软磁复合材料(SCM)制造出。所述复合材料是采用粉末金属技术进行制造的并且具有较高的密度和较好的磁特性。
壳体结构8被安装在中间层的顶面上并且被成形以对应于所述中间层的外形轮廓。所述壳体结构面对电机气隙的顶面10弯曲类似于中间层的外表面。所述壳体结构的边缘部段14的内表面接触永磁体6的边缘。边缘部段14在面对转子的端部处变得略微更厚，这意味着压条(clamping bar)与边缘部段14的外表面相对应，如图2中所示。所述壳体结构由适用于所述目的的纤维增强塑料制成。例如在申请WO02103882中对所述壳体结构的实施方式进行了描述。
图2示出了由图1中的多个部件组装而成的结构，所述结构被紧固到转子16的外周上。永磁体6在其凹入底表面处被胶粘到转子中凸的外周部18上。所述壳体结构的边缘部段14加宽，且压条22被安装靠在其外表面20上，所述外表面通过螺栓24被紧固到转子16上。有关这方面的内容还可参见申请WO02103882。使用虚线26标出电机定子的内周面。根据本发明，永磁磁极与定子的内周面之间的距离在磁极中部处的尺寸C比位于磁极边缘处的尺寸E更小。
本发明可能存在许多种变型。所述永磁件可包括多个部分，从而使其有可能例如使用模块化件在不同的电机中组成形成磁极的永磁体。所述永磁磁极在电机制造过程中优选作为被紧固到转子上的均匀结构而预先生产出来。所述转子可由片叠或一体成形件制成。
在如图2所示的实例中，所述转子的外周面是曲形的。转子本体还可被制成，以使得在磁极的多个位置处存在多个平的表面，并且所述磁极结构被紧固到这些表面上。在本实例中，永磁体的底表面类似地是平的。在永磁体与转子本体之间还可存在垫片，所述磁极结构通过所述垫片被连接到转子本体上。在本实例中，所述垫片优选被包括在所述磁极结构中。
在上文中已结合了一些实施例对本发明进行了详细描述。然而，本说明书不旨在限制本发明的保护范围，本发明的保护范围仅由权利要求书的总体构架进行限定。

Claims (4)

1.一种用于永磁同步电机的转子，包括：
转子本体结构；以及
被安装在所述转子本体结构的面对气隙(δ)的表面上的磁极结构(2)，每个磁极结构(2)包括至少一个永磁体(6)和安装在所述永磁体顶部上的壳体结构(8)，
其特征在于，由磁性复合材料通过粉末金属技术制成的中间层(12)被安装在永磁体(6)与壳体结构(8)之间。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述磁极结构的外表面被成形为使得气隙(δ)中的由永磁体(6)产生的磁通具有大体上正弦曲线形状的分布。
3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述永磁体(6)被直接紧固到所述转子本体结构上。
4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述永磁体(6)利用垫片被紧固到所述转子本体结构(16)上。
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